敦煌莫高窟作为中国最重要的古代壁画遗址，保存了十六国至元代（ 4-14 世纪）延续长达1000余年的壁画艺术珍品，这些珍贵的壁画遗存是研究揭示丝绸之路不同时代颜料使用特点和绘画技法的重要历史实物。本文归纳总结了数十年来在敦煌莫高窟开展的颜料和绘画技法研究成果以及分析检测技术的应用现状，并提出了今后的研究方向。
敦煌莫高窟壁画历经十个朝代，持续千余年，其内容、风格、制作材料与工艺等具有鲜明的时代特征，蕴含了丰富的历史、科技、艺术等方面的信息，具有极其重要的研究价值。采用现代分析检测技术对壁画颜料、工艺开展研究，阐明颜料的来源、成分、应用及其变化规律是壁画保护工作的基础。
经过数十年的分析研究，已基本明确敦煌壁画中所使用无机颜料和有机颜料的种类，并获得大量不同时代颜料使用和制作工艺的信息，同时还发现部分颜料存在严重的变色现象。一些现代分析检测技术如显微镜、 X 射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）、 X 射线荧光光谱（XRF）等广泛应用于敦煌壁画的分析检测和颜料变色的研究工作中，逐渐形成了针对壁画颜料的原位分析检测和实验室分析检测相结合的技术体系。这些现代分析检测技术的应用不断推进人们对于古代壁画绘画工艺、色彩搭配以及材料来源等珍贵历史信息的认知，从而为壁画保护与修复提供重要科学依据。
敦煌壁画所使用的颜料大多数是天然矿物颜料和人工制作的无机颜料，关于这些颜料的成分已开展了多年的研究。以下是按照白、红、蓝、绿、 黄、黑及其他颜色的顺序对敦煌壁画中无机颜料及其成分的总结。
白色：古代壁画主要由支撑体（墙壁或岩壁）、地仗层（又称基础层、灰泥层或泥层）和颜料层（画面层）三部分构成。敦煌石窟由于石质粗糙，无法直接作画，所以首先需要在其上涂抹含有麦草、麻、棉、毛等加筋物质的粗泥层和细泥层。早期敦煌壁画是在细泥层上直接作画，随着中西文化交流的频繁和兴盛，西魏之后开始在细泥层上涂抹方解石、高岭土、滑石、石膏等材料作为底色层，使颜料易于着色并更能表现其色彩。除作底色外，上述材料也可用于点缀人物面部的前额、下巴、鼻子等部位。表1所示为白色颜料及其主要成分。值得注意的是，有一些白色颜料，例如铅白等，会发生氧化还原反应，从而导致白色颜料变成黑色或棕色。
红色：在敦煌莫高窟壁画的色彩构成中，红色是一种非常常见的颜色，人物的嘴唇、袈裟等许多位置都用到了红色。目前已经被鉴定的红色颜料及其成分如表2所示。朱砂、朱磦、银朱的主要成分均为HgS，属三方晶系，外观是粒状或块状的结合体。朱磦颜色较朱砂浅，这与矿物加工工艺有关。银朱为人工合成产物。但在长期的光照下，几种硫化汞颜料均易变为立方晶系而使颜色变暗。红土颜料是历代洞窟中最常用的颜料之一，以表中铁红、土红为例，这两种颜料主要成分相同，都是 Fe 2 O 3 ，但颜料分类却不同，这是因为，虽然颜料的化学组成与晶体结构相同，但是颜料的颗粒大小和形态的不同以及混杂物的混合使得色彩具有不同的鲜明度。随着 Fe 2 O 3 含量的增加，土红的颜色会逐渐变深，红色的着色力和遮盖力也会增强。铅丹（Pb 3 O 4 ）作为红色颜料在敦煌壁画中被大量用于表现人物面部、肌肤、服饰中所需的颜色，但易在外界条件下被氧化成棕色 PbO 2 。
蓝色：除红色外，敦煌壁画中被大量使用的另一种颜料为蓝色颜料。已知敦煌壁画使用到的蓝色颜料以石青和青金石为主，其主要成分如表3所示。石青，又称为蓝铜矿，是一种碱式碳酸铜矿物，产于铜矿床氧化带。青金石是一种铝硅酸盐矿物，常伴生有黄铁矿、方解石等。青金石通过丝绸之路从主产地之一的阿富汗传入中国，是古代东西方文化交流的重要实物见证之一。由于“色相如天”，作为宝石备受古人重视，更因其性质稳定，作为珍贵的蓝色颜料被广泛使用。莫高窟清代重妆彩塑中开始大量使用合成群青颜料。含钴颜料大青（Smalt）作为蓝色颜料常见于国内外壁画中，但在敦煌壁画中至今尚未发现。
绿色：绿色亦是敦煌壁画中的常见色。已经发现的绿色颜料及其主要成分如表4所示。石绿，矿物名称为孔雀石，作为中国传统绿色颜料，有着悠久的使用历史。但敦煌壁画乃至中国其他石窟寺壁画中最常见的绿色颜料是氯铜矿。氯铜矿化学名称为碱式氯化铜，常与石青、石绿伴生，莫高窟早期壁画中的氯铜矿颜料由铜矿氧化带中采集的矿物加工而成。研究人员还发现了含铜绿色颜料之间相互转化的现象。
：敦煌石窟壁画中的无机颜料迄今发现较少。已经鉴定出的颜料如表5所示，铁黄即针铁矿，石黄、雌黄的主要成分是As 2 S 3 。雌黄等颜料性质不稳定，易发生变色，是无机颜料鉴定数据较少的主要原因。
黑色：在敦煌壁画中黑色颜料常用于勾勒人物、建筑轮廓等，其成分以炭黑（无定形碳）为主。这里需要指出的是，前文所述氧化变黑的颜料不能算作黑色颜料。
其他颜色：除白、红、蓝、绿、黄和黑色外，在敦煌壁画中还发现一些其他颜色，例如棕、紫、灰和金色等。棕色区域如前所述是颜料变色的产物，而紫色及灰色是颜料变色产物与其他如白色颜料等混合或叠加后呈现出的颜色，金色区域已确定是使用了含金的金箔等材料。
有机颜料在古代多是从植物或动物中提取的水性颜料。但由于有机颜料在敦煌壁画中的使用数量较少且性质极不稳定，存在着严重的褪色和变色现象，经过长时间的暴露后，壁画上有机颜料的表征比无机颜料难度更大。
目前，敦煌壁画中的有机颜料已报道的有靛蓝（Indigo）、藤黄（Gamboge）、紫胶红色素（Lac）、黄檗（Phellodendron）等。靛蓝是人类所知最古老的有机颜料，主要成分为3，3’-二氧-2，2’联吲哚，主要从蓼蓝、菘蓝、木蓝等含有吲哚酸成分的植物中提取。藤黄也取自植物，主要包含以藤黄酸为代表的酮类成分和三萜类成分。紫胶红色素是紫胶虫的新陈代谢产物，是一种蒽醌衍生物，由A、B、C、D 、E等5种紫胶色酸组分混合组成。黄檗染料以生物碱类极性分子为主，主要成分为小檗碱（图1）。
有机颜料在敦煌壁画中出现的相对较少，原因之一是当时人工合成颜料还很难实现，而从植物中提取的天然颜料种类也很少；另一个重要原因是有机颜料的稳定性相对较差，容易受外界温湿度、光线以及 pH 等环境因素的影响，发生氧化、分解以及结构和组成的变化，继而产生变色或褪色现象。由于目前针对壁画的检测技术多采用无损原位分析手段，这更增加了有机颜料的鉴定难度，对其变色过程的研究也变得非常困难。因此，目前有关有机颜料的成分报道还相对较少。
高倍数、清晰的显微镜是直接观察壁画表面颜料微观结构的重要工具，直观的颜料形貌图像可以作为其他技术的辅助，从而对其他检测手段得到的分析结果有更直观的理解。应用于壁画颜料观察的显微镜主要包括偏光显微镜和便携式数码显微镜。
研究表明利用偏光显微镜对壁画颜料表面分析可以直观了解颜料表层情况、颜料的结合状态及外来因素（如粉尘、微生物等）的破坏作用。偏光显微镜分析需制作薄片，仅需微量颜料样品，就可以鉴定出大多数无机矿物颜料的种类。如需了解颜料叠加层位、变色程度等信息还可制成颜料的剖面用于分析，如采用偏光显微镜及剖面分析等方法对克孜尔石窟壁画颜料进行了全面系统的分析研究，较全面地报告了克孜尔石窟壁画颜料使用的种类和特点，并将克孜尔石窟使用的青金石颜料与来源于阿富汗地区的青金石标本作了比较，发现两者之间具有极其相似的粒子形貌及伴生矿物特征，研究还发现克孜尔石窟壁画绿色颜料层十分均匀，颜料粒子大小相近并不含任何杂质，表明早在公元 3 世纪时在新疆地区就可能使用人造氯铜矿作为颜料用于绘制壁画。
使用便携式显微镜能够在不可移动的壁画表面任意选取位置，原位观察壁画颜料的微观形貌特征、颜料颗粒度、保存状况等重要信息。如敦煌研究院与日本东京文化财研究所合作，利用便携式数码显微镜对莫高窟第 285 窟壁画进行了原位分析，研究了龛楣图案的色彩搭配规律及绘画技法，推测其中一种图案最初制作时分为红-橙、黄-绿、绿-黄三种颜色组合。敦煌研究院研究人员还使用便携式数码显微镜对莫高窟多个洞窟壁画进行原位观察，获取了清晰的壁画结构和层位关系，以及颜料颗粒、保存状况等信息。便携式数码显微镜集观察、测量、图像保存于一体，且不损伤壁画，被广泛应用于壁画颜料和表面微观信息获取的分析工作中。但此种手段只能用于观察壁画表面，无法对颜料内部结构及成分进行表征，因此便携式显微镜常常与其他检测手段配合使用，以获取颜料成分、物相等多方面的重要信息。
扫描电子显微镜（SEM）是表征物质形貌、结构、组成必不可少的工具。最常见的有SEM-EDS（Scanning electron microscope equipped with Energy dispersive spectrometer，能谱扫描电镜）SEMEDX（Scanning electron microscope equipped with Energy dispersive X-ray spectroscopy ）。研究人员利用电子显微镜 X 射线分析了莫高窟颜料，证实绿色颜料颗粒中全部为铜元素，红色颜料颗粒中铁元素分布非常均匀，在颜料颗粒中检出了铁元素。还运用扫描电子显微镜、电子探针微量分析等仪器分析手段对敦煌莫高窟、西千佛洞、永靖炳灵寺、天水麦积山、青海乐都瞿昙寺等石窟寺、寺院壁画中所应用的青金石颜料进行了显微形貌和成分分析，结果表明从西秦、北魏、西魏、北周、隋、唐、五代、宋、西夏、元、明十余个朝代千余年间，不同地区所使用青金石中所含的微量元素大致相同，为判断其来源提供了重要的参考依据。此外，一些研究应用 SEM 观察莫高窟不同颜色颜料颗粒，发现颜料颗粒均匀，与壁画地仗中的粘土颗粒形状差异较大，从而选择颜料颗粒致密的区域进行 EDX 分析，准确获得了颜料的元素信息，推测出颜料的种类。也有研究者对烟熏模拟壁画样品进行 SEM 观察和 EDX 分析，获取了颜料层中汞、硫、碳、钙、氯等元素的分布情况，发现与烟熏前相比仅存极少量朱砂在颜料层表面。
除了对敦煌壁画颜料的检测，SEM也广泛应用于其他地区壁画颜料的鉴定工作。如在嘉峪关新城魏晋墓壁画中验证了颜料为钒铅矿；证明了重庆大足大佛湾彩绘绿色颜料为巴黎绿；得到了陕西紫阳北五省会馆的壁画样品颜料层位以及各层颜料组成的重要信息；研究了来自中国六省市（北京、山西、内蒙古、辽宁、陕西和四川）建筑装饰画、彩色泥人、寺庙壁画和石窟壁画中大青的形貌及组成成分；表征了土耳其 LakeVan 附近壁画样品里埃及蓝的形貌。SEM除了单独表征，还经常与其他检测技术结合使用，例如结合 FTIR 验证了拉曼光谱对墨西哥中部瓜纳华托岩画颜料的成分鉴定结果（红、黄、黑色颜料分别是赤铁矿、针铁矿和有机碳）；结合ICPAES、XRD 及 FTIR 确定了四川广元千佛洞、大云洞、陕西礼泉昭陵和西安钟楼上的绿、红、蓝、黑、白五种颜色颜料的组成成分。检测工作中，SEM 常和其他检测技术配合使用，可以揭示颜料微观形貌信息，为进一步了解颜料组成以及来源方面提供重要参考信息。
相比于高精度分析仪器，光谱成像技术是一种基于成像光谱学的非接触摄影调查方法。光谱成像技术最初来源于空间遥感技术领域，依据光谱分辨率和检测效能的不同可分为多光谱、高光谱成像。早在2001年敦煌研究院在与美国盖蒂保护研究所合作在莫高窟第 85 窟开展工作中就使用多光谱成像技术发现了肉眼不可见的题记。与日本东京文化财研究所合作对莫高窟第 285 窟壁画也开展了多光谱成像调查工作，发现了许多部位存在有机颜料。敦煌研究院研究人员通过实验室实验与洞窟现场实际应用验证，以莫高窟常见的 24 种壁画颜料为基础建立了敦煌壁画绘画材料多光谱图像标准数据。
